DE3144840C2 - Stray field transformer - Google Patents
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- DE3144840C2 DE3144840C2 DE19813144840 DE3144840A DE3144840C2 DE 3144840 C2 DE3144840 C2 DE 3144840C2 DE 19813144840 DE19813144840 DE 19813144840 DE 3144840 A DE3144840 A DE 3144840A DE 3144840 C2 DE3144840 C2 DE 3144840C2
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Abstract
Ein Streufeldspartransformator in Mantelbauweise, insbesondere zur Verwendung als Vorschaltgerät für Gasentladungslampen, weist auf einem gemeinsamen Magnetkern (M) angeordnete Primär- und Sekundärwicklungen (W1, W2) und einen magnetischen Nebenschlußpfad über Streufeldpakete (S) zwischen beiden Wicklungen auf. Zwecks optimaler Bemessung bei geringstmöglichem Materialaufwand beträgt das Windungszahlverhältnis von Primär- und Sekundärwicklung etwa 0,8 bis 1,2 und die Breite des Streufeldpakets ist etwa 0,9 bis 1,0 mal der Breite des die Primär- und die Sekundärwicklung (W1, W2) tragenden Magnetkerns (M). Zur Schaffung einer Kernform, die eine rationelle Serienfertigung gestattet, ist der Magnetkern (M) vorzugsweise als Kreuzkern ausgebildet und in einem Kernmantel aus zwei U-förmigen Rückschlußschenkeln (R) angeordnet.A stray field saving transformer in jacket design, especially for use as a ballast for gas discharge lamps, has primary and secondary windings (W1, W2) arranged on a common magnetic core (M) and a magnetic shunt path via stray field packets (S) between the two windings. For the purpose of optimal dimensioning with the least possible material expenditure, the number of turns ratio of the primary and secondary winding is around 0.8 to 1.2 and the width of the stray field packet is around 0.9 to 1.0 times the width of the primary and secondary windings (W1, W2 ) supporting magnetic core (M). In order to create a core shape which allows efficient series production, the magnetic core (M) is preferably designed as a cross core and is arranged in a core jacket made up of two U-shaped yoke legs (R).
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Streufeldtransfornator in Mantelbauweise und mit in Transformatorliingsrichtung geschichtetem Kernpaket, insbesondere zur Verwendung als Vorschaltgerät für Gasentladungslampen, mit auf eineni gemeinsamen Magnetkern angeordneter Primär- und Sekundärwicklung und einem magnetischen Nebenschlußpfad über Streufeldpakete zwischen den beiden Wicklungen, wobei die Querschnittsabmessungen des Transformators im Vergleich zu seiner Länge klein ist.The invention relates to a stray field transformer in jacket construction and with a core package layered in the direction of the transformer length, in particular for use as a ballast for gas discharge lamps, with primary and secondary windings arranged on a common magnetic core and a magnetic shunt path via stray field packets between the two windings, the Cross-sectional dimensions of the transformer is small compared to its length.
Ein derart aufgebauter Streufeldtransformator ist beispielsweise aus der DE-OS 28 14 933 bekajnt. Als Kernformen kommen dabei in bekannterweise in abfalloser ober abfallarmer Stanzweise gestanzteA stray field transformer constructed in this way is known from DE-OS 28 14 933, for example. as As is known, core forms are punched in a waste-free or low-waste punching manner
ίο Formen El, EE und UT zu Anwendung.ίο Forms El, EE and UT apply.
Aus dem Buch C. H. Sturm, Vorschaitgeräte und Schaltungen für Niedetjpannungs-Entladungsiampen. 5. Auflage 1974, Seiten 474—478, ist ein Streufeldtransformator in Sparschaltung mit der üblichen Bauform für Vorschaitgeräte zu entnehmen. Nähere Bemessungsregeln für Magnetkern und Wicklungen werden dort nicht gegeben.From the book C. H. Sturm, Voraitgeräte und Circuits for low-voltage discharge lamps. 5th edition 1974, pages 474-478, is a leakage field transformer in economy circuit with the usual design for front devices. More detailed design rules for magnetic core and windings are not given there.
Durch die DE-PS 7 58 246 ist ein Streutransformator zum Lichtbogenschweißen bekannt geworden. Anregung für die Bemessung von Magnetkern und Wicklungen für einen Streufeldtransformator der eingangs beschriebenen Art in Sparschaltungen sind dort nicht zu entnehmen.From DE-PS 7 58 246 a leakage transformer for arc welding has become known. Suggestion for the dimensioning of magnetic core and windings for a leakage field transformer of the The type described at the beginning in economy circuits cannot be found there.
Die Kernquerschnittsformen von Vorschaltgeräten für Gasentladungslarspen sind genormt, und zwar entweder quadratisch oder mit einem Höhen-/Breitenverhältnis V4 in Flachbauweise. Die Flachbauweise ermöglicht insbesondere gedrungene Bauformen der Leuchten. Im Vergleich zu Drosselspulen als Vorschaltgeräte mit vergleichbaren technischen Eigenschaften bezüglich Eigenverlusten, Wicklungserwärmung und Einhaltung der maximalen Kurzschlußströme bzw. Vorheizströme ist der Materialaufwand bekannter Streufeldtransformatoren etwa doppelt so groß wie bei den Drosselspulen. Bezüglich einer optimalen Bemessung von Streufeldtransformatoren in Sparschaltung ist dem bekannten Stand der Technik keine Anregung zu entnehmen.The core cross-sectional shapes of ballasts for gas discharge bulbs are standardized, either square or with a height / width ratio of V 4 in a flat design. The flat design enables compact designs of the lights in particular. Compared to choke coils as ballasts with comparable technical properties in terms of internal losses, winding heating and compliance with the maximum short-circuit currents or preheating currents, the material expenditure of known leakage field transformers is about twice as great as that of choke coils. With regard to an optimal dimensioning of leakage field transformers in economy circuit, no suggestion can be derived from the known prior art.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Streufeldtransformatoren der eingangs beschriebenen Art in Sparschaltung optimal für den geringstmöglichen Materialaufwand bei gleichbleibenden technischen Eigenschaften zu bemessen.The invention is based on the object of stray field transformers of the type described above in economy circuit optimal for the lowest possible Material expenditure to be measured with constant technical properties.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst.This object is achieved according to the invention.
daß bei Verwendung des Streufeldtransformators in Sparschaltung das Verhältnis der Windungszahl der Primärwicklung zur Windungszahl der Sekundärwicklung etwa 0,8 bis \2 beträgt und daß die Breite der Streufeldpakete etwa gleich 05 bis 1,0 mal der Höhe desthat when using the stray field transformer in economy circuit the ratio of the number of turns of the primary winding to the number of turns of the secondary winding is about 0.8 to \ 2 and that the width of the stray field packets is about 05 to 1.0 times the height of the
jo die Primär- und die Sekundärwicklung tragenden Magnetkerns ist. Durch diese Bemessung ist für den ungünstigsten Betriebsfall, nämlich den Kurzschlußbetrieb bzw. bei Leuchtstofflampen mit vorzuheizenden Elektroden den Vorheizbetrieb die spezifische Materialbeanspruchung des magnetischen Hauptkreises sowohl der Primärwicklung und der Sekundärwicklung sowie des magnetischen Nebenschlußpfades gleich groß.jo is the magnetic core carrying the primary and secondary windings. This dimensioning is for the most unfavorable operating case, namely short-circuit operation or, in the case of fluorescent lamps, with preheating Electrodes the preheating operation both the specific material stress of the main magnetic circuit the primary winding and the secondary winding as well as the magnetic shunt path are the same size.
Durch die erfindungsgemäße Bemessung des magnetischen Nebenschlußpfades ergeben sich etwa gleichThe inventive dimensioning of the magnetic shunt path results in approximately the same
bo große Wickelfenster für die Primär- und die Sekundärwicklung als größtmögliche Flächen zur Erzielung der den magnetischen Fluß treibenden Windungszahlen bei gegebener Stromdichte. Bei breiterer Bemessung des Nebenschlußplades würde der Wickelraum reduziert.bo large winding windows for the primary and secondary winding as the largest possible area to achieve the number of turns driving the magnetic flux given current density. With a wider dimensioning of the shunt tray, the changing space would be reduced.
h". wobei umgekehrt proportional zur Verkleinerung der Wickelbreitc die Schichtungshöhe des Kernpakets vergröUert werden müßte, was zu einer Zunahme an Aktivmaterial sowohl des Kernes als auch Herh ". being inversely proportional to the reduction in size Winding width is the layering height of the core package would have to be increased, resulting in an increase Active material of both the core and her
Wicklungen führen würde. Bei schmälerer Bemessung des NebenschluDpfades tritt bei gleicher Hauptflußgröße im Kern eine Übersättigung des Nebenschlußpfades ein, wodurch die Kurzschlußkennlinie stark geschert wird und der Kurzschlußstrom bzw. Vorheizstrom überproportional ansteigt Mit der erfindungsgemäßen Bemessung kann die magnetische Induktion auf den größtmöglichen Wert für den magnetischen Hauptkreis festgelegt werden und die Schichtungshöhe des Streufeldspartransformators bei gegebener Fläche proportional der Induktion verringert werden, wodurch sich bei gleich angesetzter spezifischer Materialbeanspruchung der 'Wicklungen sowohl die Verluste im magnetischen Kreis entsprechend dem Gewicht als auch in den Wicldungen etwa proportional verringern. Um nun die gleichen Eigenschaften und Verluste zu erzielen, kann bei dieser im Hinblick auf die Kurzschlußkennliinie des Streufeldspartransformators optimale Festlegung der Induktion die spezifische Materialbeanspruchung der Wicklungen erhöht werden, beispielsweise der Drahtdurchmesser bei Punddraht verkleinert werden, was wiederum zu einer Unterbringungsmöglichkeit von mehr Windungen in der gegebenen Wickelfläche bei Beibehaltung gleicher induktion und damit zu einer weiteren Verkürzungsmöglichkeit des Kernpakets führt. Hierdurch wiederum werden sowohl Kemgewicht als auch Wicklungsgewicht weiter verringert.Windings would lead. With a narrower dimensioning of the shunt path occurs with the same main flow size in the core, an oversaturation of the shunt path, whereby the short-circuit characteristic is severely sheared and the short-circuit current or preheating current increases disproportionately with the invention The magnetic induction can be dimensioned to the greatest possible value for the main magnetic circuit and the layering height of the leakage field-saving transformer for a given area be reduced proportionally to the induction, which results in the same specific material stress the 'windings both the losses in the magnetic circuit according to the weight as also decrease roughly proportionally in the windings. To now have the same properties and losses too can achieve this with regard to the short-circuit characteristic of the leakage field-saving transformer optimal definition of the induction the specific material stress of the windings can be increased, For example, the wire diameter in pound wire can be reduced, which in turn leads to an accommodation option of more turns in the given winding area while maintaining the same induction and thus leads to a further shortening of the core package. This in turn will both core weight and winding weight further reduced.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Streufeldtransformators in Sparschaltung können das Aktivmaterial inn magnetischen Kreis und in den Wicklungen um etwa 30% reduziert und die Verluste etwa halbiert werden, wobei sich trotz der verringerten kühlenden Oberfläche 15 bis 20 K geringere Wicklungsübertemperaturen ergeben.The inventive design of the leakage transformer in economy circuit can Active material in the magnetic circuit and in the windings is reduced by about 30% and the losses be roughly halved, with 15 to 20 K lower winding overtemperature despite the reduced cooling surface result.
Die Leerlaufspannung des Streufeldspartransformators ist für die notwendige Versorgungsspannung der Lampe bzw., falls erforderlich, auf die Größe der Startspannun'i ausgelegt.The no-load voltage of the leakage field transformer is necessary for the necessary supply voltage Lamp or, if necessary, designed for the size of the starting voltage.
Falls diese Leerlaufspannung des Streufeldspartransformators zur Primärspannung nicht etwa im Verhältnis 2:1 steht, weiiit die Primärwicklung bei größerer Übersetzung eini; Zwischenanzapfung auf. Bei kleinerer Übersetzung ist zweckmäßig ein zusätzlicher, an den Verbindungspunkt zwischen Primärwicklung und Sekundärwicklung angeschlossener Primärwicklungsteil auf dem Magnetkern angeordnet.If this no-load voltage of the leakage field power transformer is not in proportion to the primary voltage 2: 1, because the primary winding with a larger Translation eini; Intermediate tap on. With smaller ones Translation is useful an additional, at the connection point between the primary winding and the secondary winding connected primary winding part arranged on the magnetic core.
Bei etwa quadratischem Kernpaketquerschnitt sind die Wickelflächem der P.";märwicklung und der Sekundärwicklung ebenfalls etwa quadratisch. Derartige Wickelflächen sind insbesondere für Aluminiumwicklungen geeignet, wenn als Entwurfsvoraussetzung ein geringstmöglicher Materialaufwand gegeben ist. Bei Forderung nach kltinstmöglicher Baulänge bei gleicher Querschnittsform ist diese Auslegung der Wickelflächen auch für Kupferwickiungen geeignet.At approximately square core package cross-section the Wickelflächem the P. are "; märwicklung and the secondary winding also approximately square Such winding surfaces are particularly suited for aluminum windings when a lowest possible cost of materials is given as a design condition in demand for kltinstmöglicher length with the same cross-sectional shape of this design is the winding surfaces.. also suitable for copper windings.
Bei einem Aufbau des Kernpakets in Flachbauweise, d. h. wenn der Kernpaketquerschnitt breiter als hoch rechteckig ist. ist die VVickciflächeniiöht dir Prini·!,-wicklung und der Sekundärwicklung kleiner als .lie Wickelflächenbreite. Diese Auslegung ist insbesondere für Kupferwicklungen geeignet.When the core package is flat, ie when the core package cross-section is wider than it is tall. is the VVickciflächeniiöht you Prini ·, - winding and the secondary winding is less than .lie winding surface width. This design is particularly suitable for copper windings.
Durch die DE-AS 20 18B99 ist ein Streufeldtransformator mit Kreuzkern bekannt geworden, dessen Querschenkel die SireuK'ldpakete bilden. Hiervon ausgehend besteht eine Weiterbildung des erfindungsgcmäßcn Streufeldtransformator* in Sparschaltung /weeks Ermöglichen einer besonders rationellen SeDE-AS 20 18B99 is a leakage field transformer became known with a cross core, the transverse legs of which form the SireuK'ld packages. Of this starting from there is a further development of the invention Stray field transformer * in economy circuit / weeks Enable a particularly rational se
rienfertigung darin, daß der Kreuzkern in einem Kernmante! aus zwei U-förmigen Rückschlußschenkelr. angeordnet ist.serial production in that the cross core in a core sheath! from two U-shaped return legs. is arranged.
Diese Ausbildung des erfindungsgemäßen Streufeldtransformator erlaubt eine besonders rationelle Fertigung, da die Primärwicklung und die Sekundärwicklung selbst bei voneinander abweichenden Windungszahlen infolge der gleichen Wickelflächen für beide auf dem gleichen Automaten hergestellt und durch einfaches Aufsetzen auf die Querschenkel des symmetrischen Kreuzkerns auf diesem angeordnet werden können.This formation of the leakage field transformer according to the invention allows a particularly efficient production, since the primary winding and the secondary winding even with differing numbers of turns due to the same winding areas for both on the same machine and by simply placing it on the transverse legs of the symmetrical Cross core can be arranged on this.
Durch die beiden U-förmigen Rückschlußschenkel wird über die Einstellung des Luftspaltes im magnetischen Nebenschlußpfad die gewünschte Kurzschlußinduktivität erreicht. Außerdem wird durch diese Anordnung der Wicklungen und den entsprechenden Montagevorgang auf die Breite der Wicklungen eine Flächenpressung ausgeübt, sb daß sich die beiden Wicklungen formschlüssig in dem Wickelfenster anordnen lassen und aufgrund des gleichmäßigen Anpreßdruckes an der gesamten Überfläche dir Wicklungen für eine gute Wärmeableitung gesorgt istThe two U-shaped yoke legs adjust the air gap in the magnetic Shunt path achieved the desired short-circuit inductance. In addition, this arrangement of the windings and the corresponding assembly process to the width of the windings Surface pressure exerted, sb that the two windings are positively positioned in the winding window and due to the even pressure on the entire surface you windings good heat dissipation is ensured
Zweckmäßig sind zwischen den zwei U-förrügen Rückschlußschenkeln und/oder zwischen diesen und den Que.-schenkeln des Kreuzkerns feste Luftspalteinlagen angeordnet, die vorteilhaft aus einem deformierbaren, metallischen, nicht ferromagnetischen Werkstoff wie Kupfer oder Aluminium bestehen. Die Luftspalteinlagen können als Runddraht ausgebildet und in entsprechenden Einkerbungen mittig in der magnetisch neutralen Zone angeordnet sein.It is useful to have yoke legs between the two U-förrügen and / or between these and the cross-legs of the cross-core fixed air gap inserts, which are advantageously made of a deformable, metallic, non-ferromagnetic material such as copper or aluminum. The air gap inserts can be designed as a round wire and in the corresponding notches in the middle of the magnetic be arranged in the neutral zone.
Aus der US-PS 31 27 581 ist ein Kernpaket mit Wicklungen bekanni, bei dem auf zwei Seiten des Kernpakets U-förmige Gehäuseteile mit in Ausnehmungen im Kernpaket eingreifenden Schenkelteilen aufgesetzt sind. Ausgehend hiervon sind um eine möglichst geringe Baubreite des erfindungsgemäßen Streufeldspartransformators mit von einem U-förmigen Gehäuseteil und einer U-förmigen Bodenplatte umschlossenen Kernpaket zu erzielen, die Schenkel der U-förmigen Bodenplatte in Ausnehmungen etwa der Tiefe der ßodenplattendicke in den Rückschlußschenkeln angeordnet. From US-PS 31 27 581 a core package with windings is bekanni, in which on two sides of the Core package U-shaped housing parts placed with leg parts engaging in recesses in the core package are. Starting from this, the width of the leakage field saving transformer according to the invention is as small as possible with enclosed by a U-shaped housing part and a U-shaped base plate To achieve core package, the legs of the U-shaped base plate in recesses about the depth of the ßodenplattenthick arranged in the return legs.
Die Erfindung ist im folgenden an At'sführurigsbeispielen und anhand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigtThe invention is illustrated in the following examples and explained in more detail with reference to the drawings. In the drawings shows
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Streufeldspartransformators in Flachbauweise, Fig. 1 is a perspective view of an inventive Stray field saving transformer in flat design,
Fig.2 einen Querschnitt durch den Streufeldspartransformatornach Fig. 1,2 shows a cross section through the leakage field saving transformer according to Fig. 1,
Fig. 3 bis 8 verschiedene Ausführungsbeispiele von Kernfennen zur Verwendung mit dem erfindungsgemäßen Streufeldspartransformator, wobeiFig. 3 to 8 different embodiments of Kernfennen for use with the leakage field saving transformer according to the invention, wherein
Fig.3 und 4 quadratische Kernpaketquerschnitte unter Verwendung von El bzw. UT-Blechschnitten zeigen und die3 and 4 show square core packet cross-sections using E1 and UT sheet metal sections and the
F i g. 5 bis 8 Kernpaketquerschnitte für Streufeldspartran.Jormatoren in Flachbauweise mit £1- und E£- Blechschnitten und Kernpakete mit Kreuzkernen und U-förmigen Rückschlußschenkeln zeigen,F i g. 5 to 8 core package cross-sections for stray field spar jormators in flat construction with £ 1 and £ - sheet metal cuts and core packages with cross cores and Show U-shaped return legs,
Fig.9 und 10 eine schematische Darstellung des Flußverlaufs im Leerlauf und bei Kurzschluß- bzw. Belastungsbetrieb,9 and 10 a schematic representation of the The flow of the flow during idling and short-circuit or load operation,
Fig. 11 ein Ersatzschaltbild des erfindungsgemäßen Streufeldspartransformators mit angeschlossener Gasentladungslampe ohne vorzuheizende Elektroden,11 shows an equivalent circuit diagram of the leakage field saving transformer according to the invention with a connected gas discharge lamp without electrodes to be preheated,
Fig. 12Stromspannungskennlinien des erfindungsge-Fig. 12 Current-voltage characteristics of the invention
maßen Streufeldspartransformators, undmeasured leakage field saving transformer, and
Fig. 13 bis 15 Zeigerdiagramme bei Leerlauf-, Kurzschluß- und Belastungsbetrieb des erfindungsgemäßen Streufeldspartransformators.13 to 15 vector diagrams for no-load, short-circuit and load operation of the invention Stray field saving transformer.
In den Fig. 1 und 2 ist ein bevorzugtes Ausführungs- i beispiel eines erfindungsgemäßen Strcufeldspartrans· formators in Mantelbauweise mit Kreuzkern in perspektivischer Ansicht und in .Schnittansicht darger.tellt. Der Streufeldspartransformator weist eine auf einem gemeinsamen Magnetkern M sitzende Primär- m wicklung W, mit der Windungszahl wt und eine Sekundärwicklung W2 mit der Windungszahl w2 auf. Zwischen den beiden Wicklungen W1 und W2, die in Reihe geschaltet sind, ist ein magnetischer Nebenschlußpfad in Form von Streufeldpaketen S. welche die ι j Querschenkel des Kreuzkerns zu dem Magnetkern M sind, vorgesehen. Der Kreuzkern ist in einem Kernmantei aus zwei U-törmigen Rückschlußschenkeln R angeordnet.In FIGS. 1 and 2, a preferred exemplary embodiment of a power field-saving transformer according to the invention in a jacket design with a cross core is shown in a perspective view and in a sectional view. The leakage field-saving transformer has a primary winding W seated on a common magnetic core M with the number of turns w t and a secondary winding W 2 with the number of turns w 2 . Between the two windings W 1 and W 2 , which are connected in series, a magnetic shunt path in the form of stray field packets S, which are the ι j transverse legs of the cross core to the magnetic core M , is provided. The cross core is arranged in a core cladding consisting of two U-shaped return legs R.
Die beiden U-förmigen Rückschlußschenkel R sind >o von einer U-förmigen Bodenplatte P und einem U-förmigen Gehäuseteil G umschlossen. Das U-förmige Gehäuseteil C überragt das Kernpaket in Schichtungsrichtung beidseitig wenigstens um die Wickelkopfausladungen der Wicklungen W| und W2. jiThe two U-shaped yoke legs R are enclosed by a U-shaped base plate P and a U-shaped housing part G. The U-shaped housing part C projects beyond the core package in the layering direction on both sides, at least around the end-turn projections of the windings W | and W 2 . ji
In Luftspalten zwischen den Streupaketen 5 und den Rückschlußschenkeln R und/oder in Luftspalten zwischen den Rückschlußschenkeln R selbst — die Luftspalte sind in den F i g. 7 und 8 mit Zl bezeichnet — können in der Zeichnung nicht dargestellte Luftspaltein- jo lagen zur Erzielung der gewünschten Streuinduktivität angeordnet sein. Diese Luftspalteinlagen bestehen zweckmäßig aus einem deformierbaren, metallischen, nicht ferromagnetischen Werkstoff wie Kupfer oder Aluminium und sind vorzugsweise als Runddrähte ü ausgebildet, die in entsprechenden, ebenfalls nicht dargestellten Einkerbungen mittig in der magnetisch neutralen Zone angeordnet sind.In air gaps between the litter packs 5 and the return legs R and / or in air gaps between the return legs R themselves - the air gaps are shown in FIGS. 7 and 8 denoted by Zl - in the drawing not shown air gap inlay can be arranged to achieve the desired leakage inductance. These air gap inserts are expediently made of a deformable, metallic, non-ferromagnetic material such as copper or aluminum and are preferably designed as round wires ü which are arranged in corresponding notches, also not shown, in the center of the magnetically neutral zone.
Die Schenkel der U-förmigen Bodenplatte P sind in Ausnehmungen etwa der Tiefe der Bodenplattendicke s in den Rückschlußschenkeln R angeordnet. Hierdurch läßt sich eine geringstmögliche Breite des Streufeldspartransformators erzielen. Die U-förmige Bodenplatte P und das U-förmige Gehäuseteil G sind nach dem Einstellen der gewünschten Kurzschlußinduktivität durch Schweißung, wie Punktschweißung, beständig miteinander verbunden.The legs of the U-shaped base plate P are arranged in recesses approximately the depth of the base plate thickness s in the return legs R. As a result, the smallest possible width of the leakage field-saving transformer can be achieved. The U-shaped base plate P and the U-shaped housing part G are permanently connected to one another by welding, such as spot welding, after the desired short-circuit inductance has been set.
Das Verhältnis der Windungszahl W1 der Primärwicklung W1 zur Windungszahl w2 der Sekundärwicklung W2 beträgt etwa 0.8 bis 1.2, und die Breite b, der so Streufeldpakete S ist etwa gleich 0.9 bis 1,0 mal der Breite Λκ des die Primär- und die Sekundärwicklung W1, W> tragenden Magnetkerns M. The ratio of the number of turns W 1 of the primary winding W 1 to the number of turns w 2 of the secondary winding W 2 is about 0.8 to 1.2, and the width b, of the stray field packets S is about 0.9 to 1.0 times the width Λκ of the primary and the secondary winding W 1 , W> supporting magnetic core M.
Durch diese Bemessung wird erreicht, daß das Aktivmaterial im magnetischer. Kreis und in den Wicklungen um 30% gegenüber bekannten Streufeldspartransformatoren reduziert ist. daß die Verluste etwa halbiert sind und daß sich trotz verringerter kühlender Oberfläche 25 bis 20 K kleinere Wicklungstemperaturen ergeben. Die Ausgestaltung des Kernpakets mit dem Kreuzkern M. S und den beiden U-förmigen Rückschlußschenkeln R stellt eine rationelle Fertigung des erfindungsgemäßen Streufeldspartransformators sicher.This dimensioning ensures that the active material is more magnetic. Circle and in the windings is reduced by 30% compared to known leakage field power transformers. that the losses are roughly halved and that the winding temperatures are 25 to 20 K lower despite the reduced cooling surface. The design of the core package with the cross core M. S and the two U-shaped return legs R ensures an efficient production of the leakage field power transformer according to the invention.
Bei quadratischer Ausführung des Kernpaketquerschitts, beispielsweise 42 · 42 mm gemäß DIN 49 865, wie er beispielsweise in den F i g. 3 und 4 gezeigt ist, sind zweckmäßig auch die Wickelflächen der Primärwicklung W1 und der Sekundärwicklung W2 etwa quaui., tisch. Diese Ausfiihrungsform ist besonders für die Verwendung von Aluminiumwicklungen geeignet, wem. als Entwurfsvoraussetzung geringstmöglicher Material aufwand gegeben ist. Die vergleichsweise grol>e Wicklungsflache ist jedoch auch für Kupferwicklurigen bei der Forderung nach kleinstmöglieher Baulange bei gleicher Querschnittsform geeignet.If the core package cross-section is square, for example 42 * 42 mm in accordance with DIN 49 865, as shown, for example, in FIGS. 3 and 4, the winding surfaces of the primary winding W 1 and the secondary winding W 2 are also expediently approximately quaui., Table. This embodiment is particularly suitable for the use of aluminum windings, for whom. As a design requirement, the lowest possible material expenditure is given. The comparatively large winding area is, however, also suitable for copper windings when there is a requirement for the smallest possible overall length with the same cross-sectional shape.
Bei Ausführung des Sireufeklspartransiormators in Flachbau weise, wie es in den Fig. 1, 2 und 5 bis 8 gezeigt ist. ist der Kernpaketquerschnitt breiter als hoch rechteckig und die Wickelflächenhöhe /)„ der Primär wicklung W, wie auch der Sekundärwicklung W: kleiner als die Wickelfliichenbreite bu. Diese Ausführung ist besonders für Kupferwicklungen geeignet.When executing the Sireufeklspartransiormators in low-rise construction, as shown in FIGS. 1, 2 and 5 to 8. the core package cross-section is wider than it is rectangular and the winding surface height /) "of the primary winding W, as well as the secondary winding W : smaller than the winding surface width b u . This version is particularly suitable for copper windings.
Die Fig. 3 und 4 zeigen zwei Kernformen bei quadratischem Kernpaketquerschnitt, und die F i g. 5 bis 8 verschiedene Kernpaketquerschnittsformen bei Aufbau des Streufeldspartransformators in Flachbauweise. Hierbei bedeuten B die Breite und H die Höhe des Kernpakets. Im übrigen sind die Abmessungen der verschiedenen Ausführungsbeispiele für die Kernpaketquerschnitte unmittelbar den F i g. 3 bis 8 zu entnehmen.3 and 4 show two core shapes with a square core packet cross-section, and FIG. 5 to 8 different core package cross-sectional shapes when building the leakage field saving transformer in flat design. Here, B is the width and H is the height of the core package. In addition, the dimensions of the various exemplary embodiments for the core packet cross-sections are directly shown in FIG. 3 to 8 can be found.
F i g. 9 zeigt schematisch die räumliche Flußaufteilung im Leerlauf. Der magnetische Fluß 0i durchsetzt sowohl die Primärwicklung W1 als auch die Sekundärwicklung W2. Der für die Magnetisierung erforderliche Magnetisierungsstrom /io ist unter Vernachlässigkeil der geringen Eisenverluste in Phase mit dem magnetischen Fluß 0i, wie es auch in dem Zeigerdiagramm in Fig. 13dargestellt ist.F i g. 9 schematically shows the spatial flow distribution when idling. The magnetic flux Oi passes through both the primary winding W 1 and the secondary winding W 2 . The magnetization current / io required for the magnetization is in phase with the magnetic flux 0i, neglecting the small iron losses, as is also shown in the phasor diagram in FIG.
Fig. 10 zeigt die räumliche Flußaufteilung im Kurzschlußbeirieb bzw. im Belastungsbetrieb mit Lampe. Sowohl der Primärfluß 0i als auch der die Spannung Uj erzeugende Sekundärfluß 02 bewirken den SircufiuG 0 j über den zwischen der Primarwickiung Wi und der Sekundärwicklung W2 vorgesehenen magnetischen Nebenschlußpfad.Fig. 10 shows the spatial flux distribution in short-circuit operation or in load operation with a lamp. Both the primary flux 0i and the secondary flux 02 which generates the voltage Uj cause the circuit 0j via the magnetic shunt path provided between the primary winding Wi and the secondary winding W 2.
Im Kurzschlußbetrieb, der praktisch stets beim Start von Hochdrucklampen im Anlaufvorgang vorliegt, sowie bei vorzuheizenden Leuchtstofflampen mit Starterbetrieb im FaDe des kurzschließenden Startes im Vorheizbetrieb dürfen die Kurzschluß- bzw. Vorheizströme bestimmte Werte nicht übersteigen, um die Lampe nicht zu beschädigen. Außerdem dürfen aber auch in diesem Betrieb die Wicklungsübertemperaturen die zulässigen Werte nicht überschreiten, so daß die Kurzschlußwerte auf kleinstmögliche Werte zu limitieren sind.In short-circuit operation, which is practically always at the start of high pressure lamps is in the start-up process, as well as fluorescent lamps to be preheated with Starter operation in the field of short-circuiting start in preheating mode, the short-circuit or preheating currents are allowed Do not exceed certain values in order not to damage the lamp. But also allowed Even in this operation, the winding overtemperature does not exceed the permissible values, so that the Short-circuit values are to be limited to the smallest possible values.
F i g. 11 zeigt ein Ersatzschaltbild des erfindungsgemäßen Streufeldspartransformators. angeschlossen an eine Gasentladungslampe Ri. ohne vorzuheizende Elektroden, wie dies beispielsweise bei Quecksilberdampf-Hochdrucklampen, Natriumdampf-Hochdrucklampen und Natriumdampf-Niederdrucklampen der Fall ist. Bei Belastung des Streufeldspartransformators durch die Lampe /!/.liegt an dieser im bestimmungsgemäßen Lampenbetrieb die Spannung Ul- Die Leerlaufspannung des Streufeldspartransformators U\ + Ui ist für die notwendige Versorgungsspannung der Lampe oder, falls erforderlich, auf die Größe der Startspannung ausgelegt. Die Leerlaufspannung Ux gleich U\ + Ui ergibt sich, wie auch aus dem Zeigerdiagramm Fig. 13 crsichiüch, aus der Summe der Primärspannung U, und der Sekundärspannung i/>. Steht die erforderliche Leerlaufspannung U20 nicht etwa im Verhältnis 2 :1 zur Primärspannung Uu so wird an dem Verbindungspunkt V zwischen Primärwicklung W, und SekundärwicklungF i g. 11 shows an equivalent circuit diagram of the leakage field saving transformer according to the invention. connected to a gas discharge lamp Ri. Without electrodes to be preheated, as is the case, for example, with high pressure mercury vapor lamps, high pressure sodium vapor lamps and low pressure sodium vapor lamps. If a load of the stray field autotransformer through the lamp voltage ultra- /!/.liegt on this during normal lamp operation, the open-circuit voltage of the stray field autotransformer U \ + Ui is the air or, if necessary, adapted to the size of the starting voltage for the necessary supply voltage. The open circuit voltage Ux equal to U \ + Ui results, as also from the phasor diagram in FIG. 13, from the sum of the primary voltage U and the secondary voltage i />. If the required open circuit voltage U20 is not approximately 2: 1 to the primary voltage Uu, then at the connection point V between the primary winding W and the secondary winding
W> entweder ein zusätzlicher Primärwicklungsteil W\ angeschlossen und die Primärspannung U\ zwischen dem freien Anschluß der Primärwicklung IVi und dem freien Anschluß des zusätzlichen Primärwicklungsteils VV1' angelegt (Verkleinerung der Leerlaufspannung Uli,), oder es wird eine Zwischenanzapfung Z an der Primärwicklung VVi vorgesehen, an welche die Primärspannuflg U\ angelegt wird (Vergrößerung der Leerlaufspannung Uy). W> either an additional primary winding part W \ is connected and the primary voltage U \ is applied between the free connection of the primary winding IVi and the free connection of the additional primary winding part VV 1 '(reduction of the open circuit voltage Uli,), or an intermediate tap Z on the primary winding VVi provided to which the primary voltage U \ is applied (increase of the no-load voltage Uy).
Fig. 12 zeigt die Spannungs/Siromkernlinien eines erfindungsgemäßen Streufeldspartransformators. In diesem Diagramm ist aus der Leeriaufkennlinie zu erkennen, daß der Streufeldspartransformator bei Nennspannung U\ bereits im Sättigungsbereich liegt, ohne daß die Kurzschlußströme eine unzulässige Scherung erfahren. Aus Fig. 12 ist auch zu erkennen, daß bei gleichgewählter Induktion für den Primärkreis der Wert des Magnetisierungsstroms /in bereits um ein Vielfaches vergrößert ist, was ein Zeichen dafür ist, daß dieser Magnetisierungsanteil ausschließlich für die Sättigung des magnetischen Nebenschlußpfades aufgebracht werden muß, da im Leerlauf (vgl. Fig. 9) der magnetische Nebenschlußpfad vom magnetischen Fluß praktisch überhaupt nicht belastet ist.Fig. 12 shows the voltage / Sirom core lines of a leakage field saving transformer according to the invention. In this diagram, it can be seen from the no-load characteristic curve that the leakage field power transformer is already in the saturation range at nominal voltage U \ without the short-circuit currents experiencing an impermissible shear. From Fig. 12 it can also be seen that with the same selected induction for the primary circuit, the value of the magnetizing current / in is already increased many times over, which is a sign that this magnetization component must be applied exclusively for the saturation of the magnetic shunt path, since in no-load operation (see FIG. 9) the magnetic shunt path is practically not loaded at all by the magnetic flux.
In F i g. 13 ist ein Zeigerdiagramm für Leerlauf und in Fig. 14 ein Zeigerdiagramm für Kurzschlußbetrieb dargestellt. Im Leerlauf ist die Sekundärspannung U20 gleich U\ + Ui. Im Kurzschlußbetrieb des Streufeldspartransformators ist die Sekundärspannung U\ + Ui gleich 0, was bedeutet, daß die Spannung Ui in der Sekundärwicklung Wi gleich groß und entgegengesetzt der Primarspannung Ü\ sein muß. Damit müssen mit dem erfindungsgemäßen Windungszahlenverhältnis W]Zw2 der Primär- und Sekundärwicklung Wi, W2 die Flüsse 0i und 0i etwa gleich groß, aber entgegengesetzt gerichtet sein, wodurch von dem magnetischen Nebenschlußpfad praktisch ein gegenüber dem Fluß im Hauptpfad doppelter Fluß aufgenommen werden muß. Fig. 15 schließlich zeigt ein Zeigerdiagramm beim Betrieb der Lampe. Auch dieses Zeigerdiagramm ist für den Idealfall dargestellt, daß der magnetische Kreis und die Wicklungen keine Verluste haben, und daß für Gasentladungslampen die Grundschwingiing der Nennfrequenz maßgebend ist. Fig. 15 zeigt, daß bei gegebener Primarspannung U\ die Spannung Ui in der Sekundärwicklung sich in Abhängigkeit von der Belastungsspannung Ul auf einem Halbkreis bewegt, wenn die Lampe als rein ohmscher Widerstand betrachtet wird. Bezogen auf die sekundäre Leerlaufspannung bildet die Senkrechte zu der Spannung Ui. gemäß der ohmschen Belastung den Wert der fiktiven Kurzschlußspannung Uk- In Fig. 13 is a phasor diagram for open circuit and FIG. 14 shows a phasor diagram for short-circuit operation. When idling, the secondary voltage U20 is equal to U \ + Ui. In the short-circuit operation of the leakage field transformer, the secondary voltage U \ + Ui is equal to 0, which means that the voltage Ui in the secondary winding Wi must be the same and opposite to the primary voltage U \ . Thus, with the number of turns ratio W] Zw 2 of the primary and secondary windings Wi, W 2 according to the invention, the fluxes 0i and 0i must be approximately the same size, but in opposite directions, so that the magnetic shunt path has to absorb a flux that is practically double that of the flux in the main path . Finally, FIG. 15 shows a phasor diagram during operation of the lamp. This vector diagram is also shown for the ideal case that the magnetic circuit and the windings have no losses and that the fundamental oscillation of the nominal frequency is decisive for gas discharge lamps. Fig. Shows that at a given primary voltage U \ the voltage Ui is moving in the secondary winding depending on the stress voltage Ul on a semicircle, when the lamp is considered as purely ohmic resistor 15. In relation to the secondary open circuit voltage, it forms the perpendicular to the voltage Ui. according to the ohmic load the value of the fictitious short-circuit voltage Uk-
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| DE19813144840 DE3144840C2 (en) | 1981-11-11 | 1981-11-11 | Stray field transformer |
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